谈工业剪切机控制器的设计

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1系统结构设计

当剪切机剪切结束后，剪切机切刀位置传感器G3输出控制信号，MCU系统检测到G3输出信号后，输出加速信号控制送料电机加速运转，完成一次剪切过程。系统工作信号时序图如图2所示。

1.1剪切流程

系统启动后，送料电机开始以较高的速度向前传送板材。当减速传感器G1检测到板材后，G1输出一个如图2（a）所示的下降沿信号S1，去触发MCU中断。MCU随即响应S1所触发的中断，并输出减速如图2（e）所示的减速信号S5以控制送料电机减速。减速示意图如图3所示。图3减速示意图此时钢材被以一个较低的速度向前传送。当剪切传感器G2检测到板材后，G2输出一个如图2（b）所示的下降沿信号S2，去触发MCU中断。MCU随即响应S2所触发的中断，并输出减速如图2（d）所示的减速信号S4以控制剪切电机。G3传感器输出一个如图2（c）所示低电平信号S3。剪切示意图如图4所示。图4剪切示意图剪切刀片收起之后，传感器G3仍变为高电平，如图2（3）的S3。当MCU检测到S3由低电平变成高电平后，即对传送电机进行加速。加速示意图如图5所示。

1.2MCU软件的设计

在本系统中MCU主要有以下三个方面的作用：第一：存储当前待剪切数目，第二：处理传感器信号，第三：输出控制控制信号。综合考虑设计成本、产品开发周期以及适应性等方面的因素，选择了STC公司推出的51内核的工控机STC89C52RC-40I。此款单片机是专门应用于工业控制现场，具有很强的抗电磁噪声干扰和抗振动干扰的能力。单片机软件的软件流程如图6所示。单片机上复位后，首先进行按键扫描并且显示当前需要剪切的数量，只有当输入的剪切数量大于0并且按下开始按键后，传感器的触发信号才能有效，单片机也进入等待状态，为了使数码管显示更稳定，在此利用了数码管刷新程序来代替等待的空指令。当减速传感器输入减速信号S1时，单片机判断此时的待剪裁数目是否为0，若不为0时就使P1.7口输出高电平继电器电路启动切换，由B端和G端输出的电阻变小，电机减速。此时的钢材以1个很低的速度被向前传送。当传送的钢材被剪切传感器检测到时，单片机先判断传送电机是否处于减速状态，若处于减速状态就使P1.5口输出1个时间为thold的脉冲信号用以驱动剪切电机下降，此时传感器G3输出1个低电平，等到刀片自动弹起时，G3输出又恢复为高电平，如图2（c）中的S3信号，单片机检测到S3后，在P1.7口输出低电平，用以切换传送电机的速度，使其恢复到正常速度。计数器程序将待剪切的数量减1刷新显示，同时进行下一次剪切的初始化。

2结果与分析

系统运行时的人机交互界面如图7所示，按键电路由6个功能键所组成，分别是位选键、位加键、位减键、开始键、暂停键和停止键。显示电路由红色的LED数码管构成。另外在主控处还有3个工作指示灯，其中绿灯是正常工作识别灯，每当程序跑飞时，绿灯会熄灭；黄灯是空闲状态灯；红灯是剪切状态指示灯。每当系统处于空闲状态时，红灯灭，黄灯亮；处于剪切状态时，红灯亮，黄灯灭。在工业现场的试验中，剪切6m定长钢板误差的绝对值可以小于1mm。

3结束语

本文设计的高精度工业剪切机控制器具有精度高、自动化程度高、工作稳定等特点，特别适合用于中小企业对手工剪切机的改造升级。相信经过改进后的剪切机将会大大提高企业的生产效率。

本文作者：黄琦龙汤金生张朋工作单位：南京理工大学泰州科技学院